Turbocompresseur

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Un turbocompresseur est un organe annexe d'un moteur à explosion destiné à augmenter la pression des gaz admis par le moteur, ce type de compresseur récupère une partie de l'énergie cinétique contenue dans les gaz d'échappement.

Sommaire

1 Histoire
2 Fonctionnement
3 Avantages et inconvénients
4 Liens

[modifier] Histoire

Le principe de la suralimentation des moteurs thermiques à combustion interne, a été proposé dès les premiers développements de ces moteurs.

En 1905 le brevet du turbocompresseur a été déposé par l’ingénieur suisse Alfred Büchi.
Une de ses premières applications a été un moteur Renault propulsant un avion de chasse pendant la Guerre 1914-1918 par l’ingénieur Auguste Rateau.

Cette technique de suralimentation est très souvent appliquée aux moteurs des automobiles de course, elle est par contre interdite dans certaines disciplines, après y avoir fait la loi pendant quelques années.

Ce principe est à ce jour, largement répandu sur les moteurs Diesel modernes et dans une moindre mesure sur les moteurs à essence.

[modifier] Fonctionnement

Une turbine placée dans le flux des gaz d'échappement sortant du moteur est entraînée à grande vitesse, elle est reliée par un arbre à une turbine compresseur placée dans le conduit d'admission du moteur. Cette turbine aspire de l'air ambiant, le compresse, et l'envoie dans les cylindres en passant éventuellement par un réfrigérant (par exemple un échangeur air/air dit aussi intercooler). Le fait d'envoyer de l'air déjà comprimé dans les cylindres permet de diminuer l'énergie à apporter en plus pour atteindre la pression requise à l'explosion et d'augmenter sensiblement la quantité d'oxygène disponible pour la combustion.

[modifier] Avantages et inconvénients

D'un point de vue mécanique, le turbocompresseur est un dispositif délicat, il fonctionne à des vitesses de rotation très élevées (typiquement 130 000 tr/min pour un turbocompresseur actuel) mais qui doivent être sévèrement maitrisées (en effet si la vitesse, de l'extrémité des pales de turbine atteint une valeur supersonique, ou même seulement transonique, le turbo est détruit!), avec des contraintes thermiques énormes (la turbine coté échappement est à une température dépassant les 700°C et, à quelques centimètres, du côté turbine d'admission la température est d'environ 20°C), ce qui implique l'utilisation de méthodes et de matériaux particuliers pour sa fabrication, dont résulte le prix d'un turbo. Cependant un turbocompresseur est plus compact, plus léger, et plus facile à installer qu'un compresseur classique entrainé mécaniquement. La lubrification des paliers de l'arbre supportant les deux turbines du turbo est un problème crucial, elle sert au fonctionnement normal des paliers en formant un film d'huile entre les partie en mouvement, mais aussi à son refroidissement intensif. Entre la vitesse de rotation et les températures, très importantes en charge, il est donc toujours conseillé de laisser un moteur turbocompressé tourner quelques secondes au ralenti avant de couper le contact, voir quelques minutes (après un long trajet à pleine charge) : Faute de quoi on coupe la lubrification des paliers du turbocompresseur, avant que ce dernier n'ait eu le temps de ralentir suffisamment et que les températures n'aient pu redescendre, ce qui a pour effet de réduire sérieusement sa durée de vie.

On peut augmenter dans de grandes proportions la pression moyenne effective, et ainsi le couple et la puissance d'un moteur thermique à combustion interne, en augmentant la pression des gaz d'admission. Le taux de compression, doit cependant être alors adapté de façon à ce que : les pressions de compression (Pc) et de combustion (Pz), n'excèdent pas les limites admissibles. Pour les moteurs à essence, la limitation de Pc est nécessaire pour éviter les phénomènes d'auto-allumage et de détonation, alors que sur les moteurs Diesel Pz n'est limité que par la résistance mécanique des structures du moteur.